硅光子晶体结构参数对其带隙宽度影响分析

借助光子晶体的理论知识和平面波展开法理论方法,依托Matlab、Comsol等计算分析软件,分析了二维三角晶格硅光子晶体结构参数对带隙宽度的影响。就基元形状与旋转角度等结构参数调整对光子带隙宽度的影响进行模拟以及研究。结果发现,在一种固定晶格的光子晶体中,其他条件为定量时,基元形状所占的空间比例越大,光子带隙显现出的结构越好;基元面积固定时,其旋转角度的改变只和带隙宽窄有关,而对带隙的中心频率无影响,或者影响不大。

镜像对称多孔硅光子晶体的折射率传感特性

结合光子晶体的局域特性与多孔硅特有的光学特性,提出一种镜像对称多孔硅光子晶体折射率传感结构。基于分层传输矩阵法建立传感理论模型,得出缺陷波长与其基本结构参数的关系。改变多孔硅高低折射率层的结构参数,可使缺陷峰的半峰全宽变窄,进而使其品质因数(Q值)得到提高。根据传输矩阵理论,对不同浓度甲醇蒸汽进入到该传感结构前后的反射光谱进行理论仿真,得出其光谱特性,推导出由于环境折射率影响引起的传感层等效折射率改变与缺陷峰漂移之间的数学模型,并进行数值模拟分析。结果显示:该传感器结构的Q值为3114.75,灵敏度为903.9 nm/RIU,可为微型化与高分辨率传感器的设计提供一定的技术参考。

量子受限效应和对称性效应对硅光子晶体禁带的影响

光子晶体不仅可以用来调控自发辐射,还可以用来控制光的传输和局域.采用平面波展开法进行模拟计算,分析硅背景下的二维正方、三角晶格光子晶体散射基元的形状和空间取向对光子禁带的影响.计算结果表明:对称性和量子受限效应之间的竞争是导致光子晶体禁带宽度发生变化的原因.

基于LabVIEW制备硅基一维光子晶体的计算机驱动程序

在制备硅基一维光子晶体如多孔硅分布Bragg反射镜和多孔硅微腔的实验中,为实现电脑程序驱动的电化学腐蚀平台的精确控制,使制备的光子晶体高低折射率层的界面更平整和硅孔大小更加均匀,我们利用NI推出的虚拟仪器开发平台软件LabVIEW缩写了一套制备硅基一维光子晶体的计算机驱动软件。实验结果发现,由该软件驱动Keithley2400数字电源制备的PS -DBRs显示出了纳米级平整的界面和反射率高、阻止带宽的光学特性。

反射Talbot效应的高阶衍射及其在硅光晶上的成像应用

用纳秒脉冲激光在硅材料上制备一维和二维硅光子晶体结构,在这种一维和二维硅光子晶体上观测到反射泰伯(Talbot)效应成像。文中给出反射Talbot效应成像的理论模型,与传统的透射泰伯效应不同,反射泰伯效应有明显的泰伯距离变化和高阶衍射成像等现象。在反射泰伯效应成像中,相邻反射泰伯像之间的间距随像距增加呈线性增长;在泰伯距离间隔中,观察到交替的亮场和暗场成像。实验结果表明,选择适当输入光束的波阵面形状能够增大泰伯像的放大率,选择高阶衍射级能够提高泰伯像的分辨率。这种反射泰伯效应成像具有光路简洁和能够进行微区放大的特点,且不需将成像仪器放入样品室,这在硅基微加工与制备显微检测方面会有很好的应用。

多孔硅发光研究

发光多孔硅的发现为长期追求的硅基发光材料的研究开辟了一条新路.硅基发光材料的研究日益受到重视.为了实现硅基全色光显示,探寻硅基蓝光发射材料是十分必要的,然而它一般不易获得.所以,研究硅基蓝光发射材料是一个意义深、难度大的课题.本文重点阐述了多孔硅的发光机理,并介绍了多孔硅材料的潜在的应用前景.

通信波段硅基气孔光子晶体的带隙特性及其物理模型研究

用平面波展开法对硅背景下的通信波段不同晶格类型和气孔形状光子晶体的能带结构进行数值计算与分析,提出了相应的物理模型.结果表明:利用光子受限效应和晶格对称性效应可以有效地调控光子带隙.随光子晶体填充率的增加,其约束光子的能力增强,光子带隙在一定范围内展宽且其中心频率蓝移;带隙随晶格对称性增加而变宽.对基元形状和旋转角度的研究发现,光子带隙随基元旋转角度变化具有周期性和对称性,表现出各向异性,由此优化出对应的不同晶格的最佳谐振腔型结构.

硅基电光调制与模分复用集成器件

提出了一种硅基电光调制与模分复用的集成器件,该集成器件的电光调制模块由硅基光子晶体波导和宽度调制(WM)型谐振腔组成,模分复用模块由硅基非对称平行纳米线波导组成。光子晶体波导和纳米线波导的连接处采用锥形结构,用于减少两种波导之间的级联损耗。根据时域耦合模理论与等离子体色散效应,采用WM型谐振腔和PN掺杂结构实现了对TE0模式的调制。根据横向耦合模理论,采用非对称平行纳米线波导实现了TE0模向TE1模的转换。应用二维时域有限差分法(2D-FDTD)对其性能进行仿真分析,结果表明,该集成器件在调制电压为1.24V时,可以实现中心波长为1553.91nm的TE0模和TE1模的窄带通断调制及复用功能,插入损耗小于0.46 dB,消光比为19.73 dB,调制深度为0.9894,高品质因数Q值达1.5×10^(4),信道串扰小于-14.66 dB.该集成器件的结构紧凑,尺寸约为54μm×22μm,这对提高系统集成度、提升光通信网络容量具有重要意义。